بخشی از مقاله
خلاصه
رفتارنگاری مداوم سد معمولاً تشخیص نواقص و پدیدههای منفی را که ممکن است به گسیختگی سد منجر شود امکانپذیر میکند. سلول فشارکل جهت اندازهگیری تنش کل در سد خاکی مورد استفاده قرار می گیرد. عوامل مختلفی همچون مشخصات هندسی و جنس سلول، نسبت سختی خاک داخل به خارج ترانشه ی نصب سلول فشار و روش نصب سلول باعث ایجاد خطا در اندازهگیری تنش کل توسط این ابزار میشود. این مقاله با مدلسازی سهبعدی سد خاکی، به بررسی پارامتر مؤثر مصالح ترانشه ی نصب سلول فشار در پدیده قوس زدگی - انتقال تنش از هسته به ترانشه - در دوران ساخت و آبگیری می پردازد.
واژههای کلیدی: سلول فشار کل، سد خاکی، ابزاردقیق، رفتارنگاری
.1 مقدمه
کنترل ایمنی سدهای در حال بهرهبرداری ازنظرامنیت اجتماعی و اقتصادی کاملاً درخور توجه است، زیرا تخریب هریک از این سدها، هجوم ناگهانی سیلاب را در پی خواهد داشت که علاوه بر هدر رفتن منابع آب و هزینهی گزاف ساخت سد به محیطزیست و جمعیت پاییندست سد آسیب میرساند. رفتارنگاری سدهای خاکی به سه مرحله اصلی تقسیم میشود: دوران ساخت، اولین آبگیری و دوران بهرهبرداری.
سلول فشار کل از ابزارهای مهم در سدهای خاکی است و برای اندازهگیری فشار بهمنظور تعیین نحوهی توزیع، شدت و برای تنش کل داخل توده ی خاک، زیر پی ها، دیوارهای حائل، فضاهای زیرزمینی در تماس با بتن یا شاتکریت، تنش در مجاورت پوشش تونلها و کانالها و ... استفاده میشود. اندازه گیری فشار واقعی خاک با سلولهای فشار بسیار مشکل است. از عوامل مختلفی که بر اندازهگیریها تأثیر میگذارد میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
نسبت ابعاد - نسبت ضخامت سلول به قطر - ، نسبت سختی خاک به سلول، اندازه ی سلول، رفتار تنشی-کرنشی خاک، تأثیرات جاگذاری، بارهای متمرکز، جهت سلول، ایجاد مراکز کانونی تنش نرمال در لبههای سلول، خمیدگی صفحهی فعال، تنشهای جاگذاری، روش نصب، فرسایش و رطوبت، دما، نزدیکی سازه ها و دیگر ابزارآلات مدفون در خاک. نصب سلولهای فشار خاک مهمترین عامل ایجادکنندهی خطا در اندازهگیری تنش میباشند.
به علت تفاوت مشخصات مصالح هسته و پوسته، تنش از هسته به پوسته منتقل شده و قوس زدگی کلی اتفاق می افتد. همچنین به دلیل تفاوت مشخصات مکانیکی مصالح ترانشه ی نصب سلول فشار نسبت به هسته، پدیده قوس زدگی موضعی ایجاد میشود. این پدیده باعث میشود سلول فشارکل، تنش کمتری را نسبت به واقعیت قرائت کند.
این مقاله با تغییر مشخصات مکانیکی مصالح ترانشه در مدل سهبعدی سد، به بررسی پارامتر تأثیرگذار ترانشه در پدیده انتقال تنش از ترانشه به هسته در دوران آبگیری و ساخت میپردازد.
.2 مروری بر مطالعات پیشین
دانیکلیف1 در سال 1988 در کتاب خود با عنوان " Geotechnical Instrumention for Monitoring "Field Performance یکفصل را به اندازهگیری تنش کل در خاک که توسط سلولهای فشار خاک تماسی و سلول فشار مدفون انجام میشود، پرداخته است. این فصل بهطور خلاصه مطالعات گسترده دربارهی سلولها و فاکتورهای مؤثر بر مقادیر اندازهگیری شده را بیان میکند. در میان این فاکتورها اندازه سلول فشار، نسبت سختی بین سلول و خاک، بارهای نقطه ای و غیریکنواخت، اثر تغییرات دما و جایگذاری ابزارها بهتفصیل تشریح شده است و روشهایی نیز برای تصحیح اثرات بیانشده است .[1]
میرقاسمی با بررسی سلول های فشار سد کرخه نشان داد که داده های به دست آمده از سلول های فشار نمی توانند برای تعیین فشار واقعی، مورداستفاده قرار بگیرند زیرا دارای خطای زیادی می باشند. او سه عامل زیر را دلیل خطای سلولها برمیشمارد:
- تغییر میدان تنش در خاک به علت نصب سلول
- تفاوت بین خواص الاستیک خاک پیرامون ابزار با قسمتهای دیگر سد به علت تفاوت در روش متراکم کردن
- چرخش احتمالی سلولها در هنگام متراکم کردن خاک .[2]
اوستویزن2 و همکاران با توجه به مطالعاتی که بر روی علل تفاوت در تنشهای محاسباتی و آنچه توسط ابزار اندازه گیری انجام داده اند، شرایط در نصب ابزار را مهمترین عامل ایجاد اختلاف میدانند و روشهای زیر را برای کم کردن خطا توصیه کردهاند:
1. نصب سلول ها زمانی آغاز شود که ارتفاع خاکریز روی سطح ابزار به 800 میلیمتر رسیده باشد. محل ابزارها و کابل ترانشه ها باید بهاندازهی 500 میلیمتر در عمق حفاری شود.
2. برای پاکتها حفرههای کوچک با زاویه 45 درجه، باید بهاندازهی 300 میلیمتر حفاری شود.
3. پاکت های حفاری شده به وسیله ی یک بتن ضعیف با قطر سنگدانهی 19 میلیمتر و با ضخامت 100 میلیمتر پرشده و به وسیله ی ویبراتورهای پوکر ویبره شوند. نکته ی قابل توجه این است که بتن درهرصورت سخت تر از خاک اطراف ابزار می باشد. درنتیجه بارهای اضافی احاطه کننده های نرم تر از خودش را جذب می کند، بنابراین مشخصات بتن نقش مهمی را در صحت عملکرد ابزار ایفا میکند .[3]
لافکوییست1 برای اولین بار وجود و اهمیت قوس زدگی در سدها را گزارش کرد ولی تا سال 1960 توجه اندکی به این موضوع می شد؛ تا اینکه در سال 1961 اناگنوستی2 وضعیت تنش ها در هسته با توجه به نشست نسبی هسته و پوسته را توسعه داد .[4]
علمی در مطالعه خود توسط مدل دوبعدی به بررسی تغییرات قوس زدگی در اطراف ترانشه نصب سلول فشار در طول ساخت سد خاکی پرداخته است. وی در مطالعه خود ضریب قوس زدگی را اعمال نموده است.
ضریب قوس زدگی را میتوان بهصورت نسبت تنش قائم اندازهگیری شده به تنش قائم ناشی از سربار تعریف نمود.
که در آن v تنش قائم اندازهگیری شده، وزن مخصوص سربار و z ارتفاع سربار میباشد
نتایج آنالیزهای عددی وی نشان داد که اثر حضور ترانشه در طول مراحل ساختتقریباً ثابت بوده و کاهش تنش کل ناشی از قوس زدگی موضعی، درصد مشخصی از مقدار سربار ناشی از وزن میباشد .[5]
.3 مدلسازی عددی
مدل سه بعدی سد در نرم افزار اجزاء محدود آباکوس ساخته شد .[6] سد از نوع خاکی غیرهمگن با هسته رسی قائم و دارای مقطع ذوزنقه ای شکل می باشد. اجزای سد شامل بدنه اصلی - پوسته - ، بخش نفوذناپذیر - هسته - ، فیلتر به ضخامت 3 متر در دو طرف هسته، پی یا تکیه گاه سد، ترانشه ی نصب سلول فشار میباشد. همچنین طول تاج سد 300 متر همراه با تکیهگاهها مدل شده است.
ترانشه ی نصب سلولهای فشار در دو تراز درون هستهی سد قرارگرفته است. در تراز 5 متری 5 ترانشه هریک به فاصله ی 10 متر از مرکز ترانشه ی مجاور و در تراز 73 متری 3 ترانشه به فواصل 10 متر از مرکز ترانشه ی مجاور قرارگرفته است. دو مقطع حاوی ترانشه در طول تاج سد با فاصله 50 متر از هم در نظر گرفته شده است - در کنار و قسمت میانی سد - .
